泛型之extends通配符

泛型的继承关系：Pair<Integer>不是Pair<Number>的子类。

extends通配符

import java.util.*;
public class Demo13{

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        //实例化一个Pair<Integer>泛型类
        Pair<Integer> p = new Pair<>(12,34);
        int n = add(p);
        System.out.println(n);        
    }
    
    //此静态方法形参是传入一个Pair<Number>的泛型实例
    static int add(Pair<Number> p){
        Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        //Number类型使用intValue()返回int类型
        return first.intValue() + last.intValue();
    }
}

//定义一个泛型类
class Pair<T> {
    private T first;
    private T last;
    public Pair(T first,T last){
        this.first = first;
        this.last = last;
    }
    public T getFirst(){
        return first;
    }
    public T getLast(){
        return last;
    }    
}

原因很明显，因为Pair<Integer>不是Pair<Number>的子类，因此，add(Pair<Number>)不接受参数类型Pair<Integer>。

但是从add()方法的代码可知，传入Pair<Integer>是完全符合内部代码的类型规范，因为语句：

Number first = p.getFirst();
Number last = p.getLast();

实际类型是Integer，引用类型是Number，没有问题。问题在于方法参数类型定死了只能传入Pair<Number>。

有没有办法使得方法参数接受Pair<Integer>？办法是有的，这就是使用Pair<? extends Number>使得方法接收所有泛型类型为Number或Number子类的Pair类型。我们把代码局部改写如下：

    //此静态方法形参是传入一个Pair<Number>的泛型实例
    //static int add(Pair<Number> p){
        
    //形参改为传入一个Pair<? extends Number>的泛型实例,
    //Pair<? extends Number>使得方法接收所有泛型类型为Number或Number子类的Pair类型
    static int add(Pair<? extends Number> p){
        Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        //Number类型使用intValue()返回int类型
        return first.intValue() + last.intValue();
    }

这样一来，给方法传入Pair<Integer>类型时，它符合参数Pair<? extends Number>类型。这种使用<? extends Number>的泛型定义称之为上界通配符（Upper Bounds Wildcards），即把泛型类型T的上界限定在Number了。

除了可以传入Pair<Integer>类型，我们还可以传入Pair<Double>类型，Pair<BigDecimal>类型等等，因为Double和BigDecimal都是Number的子类。

如果我们考察对Pair<? extends Number>类型调用getFirst()方法，实际的方法签名变成了：

<? extends Number> getFirst();

即返回值是Number或Number的子类，因此，可以安全赋值给Number类型的变量：

Number x = p.getFirst();

 然后，我们不可预测实际类型就是Integer，例如，下面的代码是无法通过编译的：

Integer x = p.getFirst();

这是因为实际的返回类型可能是Integer，也可能是Double或者其他类型，编译器只能确定类型一定是Number的子类（包括Number类型本身），但具体类型无法确定。

我们再来考察一下Pair<T>的set方法：

package day1_8;

public class Extends_Super {
    public static void main(String[] args) {
        Pair<Integer> p = new Pair<>(12,34);
        System.out.println(add(p));
    }
    static int add(Pair<? extends Number> p){
        Number first = p.getFirst();
        Number last = p.getLast();
        p.setFirst(new Integer(first.intValue()+100));
        p.setLast(new Integer(last.intValue() + 100));
        return  p.getFirst().intValue() + p.getLast().intValue();
    }
}

class Pair<T> {
    private T first;
    private T last;

    public Pair(T first, T last) {
        this.first = first;
        this.last = last;
    }

    public T getFirst() {
        return first;
    }
    public T getLast() {
        return last;
    }
    public void setFirst(T first) {
        this.first = first;
    }
    public void setLast(T last) {
        this.last = last;
    }
}

不出意外，我们会得到一个编译错误：

编译错误发生在p.setFirst()传入的参数是Integer类型。有些童鞋会问了，既然p的定义是Pair<? extends Number>，那么setFirst(? extends Number)为什么不能传入Integer？

原因还在于擦拭法。如果我们传入的p是Pair<Double>，显然它满足参数定义Pair<? extends Number>，然而，Pair<Double>的setFirst()显然无法接受Integer类型。

这就是<? extends Number>通配符的一个重要限制：方法参数签名setFirst(? extends Number)无法传递任何Number的子类型给setFirst(? extends Number)。

这里唯一的例外是可以给方法参数传入null：

p.setFirst(null); // ok, 但是后面会抛出NullPointerException
p.getFirst().intValue(); // NullPointerException

extends通配符的作用

如果我们考察Java标准库的java.util.List<T>接口，它实现的是一个类似“可变数组”的列表，主要功能包括：

public interface List<T> {
    int size(); // 获取个数
    T get(int index); // 根据索引获取指定元素
    void add(T t); // 添加一个新元素
    void remove(T t); // 删除一个已有元素
}

现在，让我们定义一个方法来处理列表的每个元素：

package day1_8;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Extends_Super {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(sumOfList(list));
    }
　　//注意形参处是List<Integer>
    static int sumOfList(List<Integer> list){
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 101; i++) {
            list.add(i);  //可以对list写
            sum += list.get(i); //可以对list读
        }
        return sum;
    }
}

  运行完全OK

接下来我们改动一处再看看

package day1_8;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Extends_Super {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(sumOfList(list));
    }

    //注意形参改为<? extends Integer>通配符
    static int sumOfList(List<? extends Integer> list){
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 101; i++) {
            //下面两行是一样的，因为Integer和int是自动拆装和包装的
            //list.add(i);  //不能对list写
            list.add(new Integer(i)); //不能对list写
            sum += list.get(i); //可以对list读
        }
        return sum;
    }
}

 

为什么我们定义的方法参数类型是List<? extends Integer>而不是List<Integer>？从方法内部代码看，传入List<? extends Integer>或者List<Integer>是完全一样的，但是，注意到List<? extends Integer>的限制：

• 允许调用get()方法获取Integer的引用；
• 不允许调用set(? extends Integer)方法并传入任何Integer的引用（null除外）。

因此，方法参数类型List<? extends Integer>表明了该方法内部只会读取List的元素，不会修改List的元素（因为无法调用add(? extends Integer)、remove(? extends Integer)这些方法。换句话说，这是一个对参数List<? extends Integer>进行只读的方法（恶意调用set(null)除外）。

使用extends限定T类型

在定义泛型类型Pair<T>的时候，也可以使用extends通配符来限定T的类型：

public class Pair<T extends Number> { ... }

现在，我们只能定义： 

Pair<Number> p1 = null;
Pair<Integer> p2 = new Pair<>(1, 2);
Pair<Double> p3 = null;

因为Number、Integer和Double都符合<T extends Number>。

非Number类型将无法通过编译：

Pair<String> p1 = null; // compile error!
Pair<Object> p2 = null; // compile error!

因为String、Object都不符合<T extends Number>，因为它们不是Number类型或Number的子类。

小结

使用类似<? extends Number>通配符作为方法参数时表示：

• 方法内部可以调用获取Number引用的方法，例如：Number n = obj.getFirst();；

• 方法内部无法调用传入Number引用的方法（null除外），例如：obj.setFirst(Number n);。

即一句话总结：使用extends通配符表示可以读，不能写。

使用类似<T extends Number>定义泛型类时表示：

• 泛型类型限定为Number以及Number的子类。

这里唯一的例外是可以给方法参数传入null：